光エネルギーを他の形態にエネルギーに変換できる人工電極

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光エネルギーを他のエネルギー形態に変換できる人工電極

ルール大学の研究チームが光エネルギーを人工のバイオソーラータイプの他のエネルギーに変換できる電極を製造しました。

変換されたエネルギーを使用する事により、水素を生成する酵素とを結び付けられる事を示唆しています。

Photosynthetic proteins can convert light energy into other forms of energy. Researchers want to make this technology usable for the industrial production of fuels, for example.

参照元:https://news.rub.de/english/press-releases/2020-12-21-biotechnology-new-energy-conversion-layer-biosolar-cells
– ルール大学 Ruhr-University Bochum. 21 December 2020 –

Ruhr-UniversitätBochum(RUB)の研究チームは、リスボンの同僚と協力して、光エネルギーをバイオソーラーセル内の他の形態のエネルギーに変換できる半人工電極を製造しました。

この技術は、シアノバクテリアの光合成タンパク質光化学系Iに基づいています。このグループは、変換された光エネルギーを使用して水素を生成する酵素とシステムを結合できることを示しました。

結果は、2020年10月にジャーナルAngewandteChemieで事前にオンラインで公開されました。

この作業では、植物生化学の議長を務めるマーク・ノワチクとマティアス・レグナー教授、およびノヴァ・デ・リスボア大学の同僚Panpan Wang氏、Fangyuan Zhao博士、Julian Szczesny博士、Adrian Ruff博士、Felipe Conzuelo博士、および電気化学センターのWolfgang Schuhmann教授からなるRUBグループが、AnnaFrank教授からなるチームと協力しました。

光化学系Iは、シアノバクテリアと植物の光合成機構の一部です。

光エネルギーの助けを借りて、それは電荷を分離することができ、したがって他の分子、例えば水素の生成のための陽子に移すことができる高エネルギー電子を生成することができます。

以前の研究では、ボーフムの科学者はすでに集光性タンパク質複合体光化学系Iを使用してバイオソーラー細胞の電極を設計していました。

この目的のために、彼らは電極を光化学系I単分子層で覆いました。

このような単分子層では、フォトシステムは互いに積み重ねられていませんが、同じ平面に並んでいます。

ただし、光化学系Iは通常、三量体として発生します。

つまり、3つの光化学系Iは常に相互にリンクされています。

三量体を密に詰めることができないため、単分子層に穴が生じ、短絡につながる可能性があります。

これにより、システムのパフォーマンスが低下します。

科学者たちが本研究で解決したのはまさにこの問題でした。

シアノバクテリアThermosynechococcuselongatusでは、光化学系Iは主に三量体として存在します。

新しい抽出技術を使用して、研究者は生物からさらにモノマーを分離することができ、モノマーが三量体間の穴を埋める電極上に光化学系I単層を作成しました。

このようにして、それらは短絡の影響を減らしました。

このシステムは、三量体のみで構成されるシステムの2倍の電流密度を達成しました。

この技術が原理的に何に使用できるかを示すために、科学者たちはそれを、光システムによって提供される電子を使用して水素を生成するヒドロゲナーゼ酵素に結合しました。

著者らは論文内で語りました。

「将来の研究は、太陽エネルギー変換のための実用的なバイオシステムを実現するために、フォトシステム単分子層と統合された生体触媒の間のさらに効率的な結合に向けられるでしょう。」

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